УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1995 года по МПК B05B7/20 

Изобретение относится к технике нанесения покрытий из порошковых материалов, в частности касается устройств для детонационного нанесения покрытий на внутреннюю поверхность изделий, позволяющих обеспечить повышение износостойкости, жаропрочности и других свойств внутренних поверхностей деталей, используемых в различных отраслях промышленности.

Известно устройство для детонационного напыления покрытий, содержащее ствол, соединенный с дозатором порошка, системой подачи газов и зажигания [1] Данное устройство позволяет наносить покрытия на наружные поверхности изделий, а также на внутренние повеpхности втулок с соотношением длины к диаметру l ≅d. При этом втулка перед напылением располагается под углом к оси ствола.

Однако такое устройство можно использовать только для весьма ограниченного круга изделий, так как оно не обеспечивает нанесения покрытий на внутренние поверхности широкого класса изделий различных форм и размеров.

Устранить этот недостаток стало возможным при использовании специальных отражателей частиц порошка, движущихся в высокоскоростном потоке продуктов детонации. Эти отражатели (твердость поверхности которых должна быть не менее НРС60) могут быть установлены как внутри напыляемого изделия, так и вне его.

Известно также устройство для нанесения покрытия на внутренние поверхности изделий, в котором такой отражатель закреплен в полости изделия и выполнен в виде набора установленных на одной оси со смешением элементов, первый из которых конический, а остальные выполнены в виде усеченных конусов с внутренними сквозными полостями, причем диаметр верхнего основания последующего элемента экрана меньше диаметра нижнего основания предыдущего элемента [2]
Однако известно, что некоторые легкоплавкие материалы Zn, Al, Cu, Co и др. ) образуют покрытия даже с твердосплавной подложкой, имеющей твердость поверхности НРС 60. Это ограничивает технологические возможности нанесения покрытия с использованием указанных выше отражателей. Кроме того, процесс отображения приводит к уменьшению кинетической энергии частиц и, следовательно, к образованию несплошного, неравномерно распределенного по поверхности покрытия.

Кроме того, данное устройство имеет достаточно сложную конструкцию, если учесть, что в ряде случаев для его эффективной работы требуется обеспечить взаимное перемещение изделия и отражателя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по сущности и достигаемому результату является устройство для детонационного напыления покрытий на внутреннюю поверхность изделий [3] содержащее ствол с прямолинейным каналом разгона и разогрева частиц порошка, подаваемых из порошкового питателя. Этот канал входит в выходную камеру, открытый торец которой расположен под углом к оси ствола. Такая выходная камера, являющаяся в вариантах выполнения насадкой для прямолинейного канала, обеспечивает изменение траектории движения частиц порошка в сторону внутренней поверхности изделий. Устройство, кроме того, содержит расположенные со стороны закрытого торца ствола систему подачи газовой смеси и узел инициирования взрыва.

Данное устройство позволяет достаточно просто направлять поток частиц порошка во внутренние объемы изделий под определенными углами к напыляемой поверхности. Для реализации устройства, предполагающей наличие набора насадок с различной степенью изгиба и протяженности, могут быть использованы существующие модели устройств для детонационного напыления покрытий на наружные поверхности изделий.

Однако при прохождении частиц в прямолинейном канале и последующем отражении частиц от внутренних стенок выходной камеры при изменении траектории движения последние теряют часть своей тепловой и кинетической энергии, при этом ухудшается качество наносимых покрытий в особенности для тугоплавких материалов. Недостаточными энергетическими возможностями частиц порошка на выходе можно объяснить и тот факт, что устройство может работать только в узком диапазоне угла поворота насадки по отношению к прямолинейному каналу. В частности, исключен вариант подачи порошка под прямым углом к поверхности. Кроме того, уменьшение энергии частиц на выходе приводит к такому нежелательному явлению, как "залипание" частиц на внутренних стенках выходной камеры, приводящее к уменьшению проходного сечения этих камер, а следовательно, к нестабильности и ненадежности ведения процесса.

Цель изобретения создание такого устройства для детонационного нанесения покрытий на внутреннюю поверхность изделий, в котором благодаря использованию вспомогательного потока продуктов газовой детонации, введенного в определенный момент времени в поток частиц порошка, удалось бы на коротком участке пробега частиц на выходе сообщить им дополнительную тепловую и кинетическую энергию, достаточную для преодоления указанных выше противоречий.

Для этого в устройство, содержащее основной ствол с прямолинейным каналом разгона и разогрева частиц порошка, сообщающимся с выходной камерой изогнутой формы, открытый торец которой обращен в сторону внутренней поверхности изделий, а также систему подачи газовой смеси и узел инициирования взрыва, согласно изобретению введен по меньшей мере один вспомогательный ствол для подачи продуктов газовой детонации, расположенный параллельно основному стволу и входящий в выходную камеру вблизи ее внутренней стенки, противоположной открытому торцу, причем отверстия всех стволов, входящих в выполненную камеру, расположены в одной плоскости и открытый торец выходной камеры перпендикулярен этой плоскости.

Выполнение устройства согласно изобретению позволяет создать компактную конструкцию (за счет параллельного расположения стволов), обеспечивающую в месте столкновения двух потоков в выходной камере создание условий вовлечения частиц порошка в поток, подаваемый из вспомогательного ствола и обладающий высокими энергетическими параметрами, и передачу этим частицам дополнительной энергии. Этому же способствует и зона повышенного давления, возникающая при сжатии детонационной волны на изгибе выходной камеры со стороны внутренней стенки с меньшим диаметром скругления. Эта зона охватывает входящий в выходную камеру канал разгона и разогрева частиц порошка и распространяется в сторону открытого торца указанной камеры. Усилению мощности напорных потоков будет способствовать также и наличие нескольких вспомогательных стволов.

Кроме того, такое выполнение устройства позволяет обеспечить подачу частиц порошка перпендикулярно напыляемой поверхности, за счет чего улучшаются адгезионные характеристики наносимых покрытий.

На фиг.1 представлено схематическое изображение устройства для детонационного нанесения покрытий на внутреннюю поверхность изделия; на фиг.2 фрагмент выходной камеры устройства с одним вспомогательным стволом; на фиг.3 то же, с двумя вспомогательными стволами.

Устройство содержит основной ствол 1, сообщающиеся с ним со стороны закрытого торца порошковый дозатор 2 (в вариантах выполнения их может быть несколько) и систему 3 подачи газовой смеси. Со стороны открытого торца ствола 1 выполнен цилиндрический канал разгона и разогрева частиц порошка, входящий в выходную камеру 4, изогнутой формы, открытый торец которой обращен в сторону внутренней поверхности изделий (не показано). Степенью прогнутости камеры 4 можно регулировать угол отклонения частиц от их прямолинейной траектории.

Согласно изобретению предлагаемое устройство имеет по меньшей мере один вспомогательный ствол 5, установленный параллельно основному стволу 1 и входящий в выходную камеру 4 вблизи ее внутренней стенки 6, имеющей больший диаметр скругления. Вспомогательный ствол 5 служит для подачи потока продуктов газовой детонации в выходную камеру 4. Этот поток является напорным по отношению к потоку частиц порошка на выходе из основного ствола 1. Для этих целей поток продуктов газовой детонации, выходящий из вспомогательного ствола 5, должен иметь более высокие энергетические параметры по сравнению с аналогичным потоком в основном стволе 1. Достичь этого возможно, например, используя в стволе 5 больший объем камеры 7 зажигания, как это и показано на фиг. 1. В камере 7 установлен узел 8 инициирования взрыва в виде свечи зажигания, являющейся общей для двух стволов. Распространению пламени в ствол 1 способствует, в частности, соединительное отверстие 9. В вариантах выполнения устройства возможно использование раздельных свеч зажигания в каждом из стволов и соответствующая система управления. Кроме того, возможно использование нескольких вспомогательных стволов 5 (фиг.3), обеспечивающих создание более мощных напорных потоков в выходной камере 4. Сама выходная камера 4, формирующая направление выходного потока частиц, также может иметь несколько модификаций в зависимости от требований, предъявляемых к качеству покрытия.

Так, в соответствии с одним из аспектов данного изобретения, отверстия всех стволов, входящих в выходную камеру 4, должны быть расположены в одной плоскости, как это показано на фиг.1. При этом открытый торец камеры 4 выполнен перпендикулярно этой плоскости. Такое выполнение обеспечивает подачу потока частиц порошка перпендикулярно поверхности напыления. Возможен вариант выполнения выходной камеры, в которой открытый торец расположен под углом к оси ствола 1,5.

Для улучшения производительности может быть предусмотрена возможность перемещения изделия относительно стволов.

Устройство работает следующим образом.

В одном цикле работы в основной ствол 1 и вспомогательный ствол 5 через систему 3 подачи газовой смеси подается порция газовой смеси, способной детонировать при зажигании. Например, в ствол 1 подается пропано-кислородная, а в ствол 5 ацетилено-кислородная смесь. Непосредственно перед инициированием взрыва в канал основного ствола 1 через дозатор 2 впрыскивают порцию напыляемого материала (Al₂O₃). Горение и взрыв газовой смеси в камере 7 инициируют свечой 8. Одновременно через соединительное отверстие 9 происходит поджиг газовой смеси основного ствола 1. Предварительно разогретые и ускоренные частицы порошка входят в выходную камеру 4, сталкиваясь с потоком продуктов детонации, подаваемым из вспомогательного ствола 5, например, под прямым углом к оси ствола 1 (фиг.1). Энергетические параметры потока (его давление, плотность, скорость и т.д.), выходящего из вспомогательного ствола, заранее выбирают превышающими соответствующие энергетические параметры основного потока. Другими словами, поток продуктов детонации, поступающий из вспомогательного ствола 5, будет напорным по отношению к потоку частиц порошка, поступающему из ствола 1. Как указывалось выше, оптимальным является напорное давление во вспомогательном стволе 5, превышающее напорное давление в основном стволе 1 в пределах от 1,5 до 7 раз. Частицы порошка вовлекаются в суммарный поток, изменяют свою траекторию и устремляются к открытому торцу камеры, приобретая на коротком участке пробега дополнительную тепловую и кинетическую энергию.

Соударяясь с внутренней поверхностью изделия, эти частицы порошка образуют высокоплотное покрытие. В зависимости от типа напыляемого материала прочность сцепления колеблется в пределах от 30 до 200 МПа с остаточной пористостью 1-2%
Таким образом, устройство для детонационного нанесения покрытий позволяет получать высокопрочные защитные покрытия на внутренних поверхностях изделий, используя для этого широкий спектр порошковых материалов. Техническое решение универсально, его можно эффективно использовать при необходимости и для нанесения детонационных покрытий на наружные поверхности изделий.

Использование: изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий из порошковых материалов детонационным методом и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Сущность изобретения: устройство снабжено по меньшей мере одним вспомогательным стволом для подачи продуктов газовой детонации, расположенным параллельно основному стволу и входящим в выходную камеру вблизи ее внутренней стенки, противоположной открытому торцу. Причем отверстия всех стволов, входящих в выходную камеру, расположены в одной плоскости, а открытый торец выходной камеры перпендикулярен этой плоскости. Наличие вспомогательного ствола позволяет сообщить дополнительную энергию частицам на выходе и за счет этого улучшить качество наносимых покрытий. 3 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННЮЮ ПОВЕРХНОСТЬ ИЗДЕЛИЙ, содержащее основной ствол с прямолинейным каналом разгона и разогрева частиц порошка, сообщающимся с выходной камерой изогнутой формы, открытый торец которой обращен в сторону внутренней поверхности изделий, а также систему подачи газовой смеси и узел инициирования взрыва, отличающееся тем, что устройство снабжено по меньшей мере одним вспомогательным стволом для подачи продуктов газовой детонации, расположенным параллельно основному стволу и входящим в выходную камеру вблизи ее внутренней стенки, противоположной открытому торцу, причем отверстия всех стволов, входящих в выходную камеру, расположены в одной плоскости, а открытый торец выходной камеры перпендикулярен к этой плоскости.